Rôle du tissu adipeux brun dans le développement de l`obésité

Rôle du tissu adipeux brun dans le développement
de l’obésité génétique du rat Zucker obèse (fa/fa)
R. BAZIN, Dominique ETEVE Francine DUPUY Marcelle LAVAU
Institut biomédical des Cordeliers, INSERM U177,
15, rue de l’Eco% de Médecine, 75270 Paris Cedex 06.
Summary. Role of brown adipose
tissue in the
development of genetic obesity
in the
obese Zucker rat (falfal.
The
lipogenic capacity
and
thermogenic activity (assessed by GDP binding
mitochondria) of brown adipose tissue
was
to
studied in lean (Fa/fa) and obese (fa/fa)
Zucker rat pups 2 and 10 days old.
By 10 days of age, fat deposition, lipogenesis in vivo and fatty acid synthetase activity
were 1.5 to 2-fold higher, whereas GDP binding to mitochondria was 40 % lower in pre-
suckling
obese than in lean pups.
Compared with lean pups, 2-day old fa/fa pups showed a 60 % increase in triglyceride
accumulation in interscapular brown adipose tissue and a 30 % decrease in GDP binding to
mitochondria, while no change occurred in fatty acid synthetase activity.
These results strongly suggest that an impaired thermogenic activity in the brown
adipose tissue of fa/fa pups could play a key role in the development of obesity. However,
the concomitant increase in fat content in the brown adipose tissue of 2-day old pre-obese
pups raises the question of the causal relationship between these two disorders.
Introduction.
Au cours de ces dernières années des observations faites dans plusieurs
modèles expérimentaux ont conduit à attribuer au tissu adipeux brun un rôle dans
le développement de l’obésité.
Le tissu adipeux brun est le siège d’un mécanisme qui permet le « découplage » des mitochondries et la dissipation d’énergie sous forme de chaleur (revue
in Nicholls, 1979). Une protéine de poids moléculaire 32000 (Ricquier et Kader,
1976) dans la membrane interne de la mitochondrie contrôle ce mécanisme et
possède la capacité de fixer spécifiquement les nucléotides puriques (GDP en particulier). La mesure de cette liaison a permis de mettre en évidence une diminution de la capacité de thermogenèse dans le tissu adipeux brun dans des modèles
3.
Reproduction Nutrition Développement, n° 1 B-1985. - 3.
d’obésités génétiques (Himms-Hagen et Desautels, 1978 ; Goodbody et Trayhurn,
1981 ; Holt et York, 1982). Le tissu adipeux brun pourrait donc jouer un rôle clef
dans l’équilibre du bilan énergétique et le développement de l’obésité.
Chez le rat Zucker obèse, dès l’âge de 30 jours le tissu brun présente une
importante activité lipogénétique susceptible de rendre compte de l’augmentation
des dépôts lipidiques observés dans ce tissu (Lavau et al., 19821. Cependant Holt
et York (1982) ont mis en évidence dans le tissu brun du rat fa/fa de 6 semaines
un défaut de la capacité de thermogenèse qui pourrait également expliquer l’altération de la composition du tissu. Néanmoins, à cet âge, d’autres anomalies
importantes telles l’hyperinsulinémie (Zucker et Antoniades, 1972) et l’hyperphagie (Stern et Johnson, 1977 ; Dilettuso et Wangsness, 1977) sont déjà installées
et pourraient expliquer l’hyperlipogenèse observée dans le tissu brun.
Afin de préciser les mécanismes responsables de ces altérations du tissu brun
qui pourraient jouer un rôle important dans le développement de l’obésité du rat
Zucker, nous avons étudié la lipogenèse et la capacité de thermogenèse dans ce
tissu, avant le sevrage, lorsque peu d’anomalies sont encore installées.
Matériel et méthodes.
Les rats Zucker utilisés sont issus de notre propre élevage par croisements de
mâles obèses (fa/fa) et de femelles témoins hétérozygotes (Fa/fa) non obèses.
Après une légère anesthésie à l’éther, les ratons subissent une biopsie de tissu
adipeux brun interscapulaire (30 à 80 mg) puis sont remis à la mère et conservés
jusqu’à la détermination ultérieure du génotype (7 à 8 semaines). L’activité de la
synthétase des acides gras est mesurée par une technique spectrophotométrique
(Halestrap et Denton, 1973) dans des surnageants (105 000 g) de l’homogénat de
tissu. Les résultats sont exprimés en unités d’activité : 1 unité étant définie
comme la quantité d’enzyme nécessaire pour catalyser la formation de 1 nanomole de produit/minute à 37 °C. Les lipides totaux du tissu sont déterminés par
gravimétrie après extraction dans le chloroforme/méthanol (2 : 1, vol/vol) et les
triglycérides par une méthode enzymatique (Boehringer). La lipogenèse in vivo est
estimée par la mesure de l’incorporation du tritium de l’eau tritiée dans les acides
gras selon une technique précédemment décrite (Lavau et al., 1982). Les mitochondries du tissu adipeux brun sont préparées selon la méthode de Slinde et al.
(1975), l’activité de la cytochrome c oxydase est mesurée par polarographie
(Schnaitman et al., 1967) et la liaison du GDP à l’aide de GDP tritiée selon la technique de Nicholls (1976) avec les modifications de Desautels et al. (1978). Les
protéines sont déterminées par la méthode de Lowry et al. (1951). L’analyse statistique des résultats est faite par comparaison de groupes à l’aide du test t de
Student.
Résultats.
La figure 1 montre une augmentation de 50 % de la teneur en lipides dans le
tissu adipeux brun des animaux pré-obèses de 10 jours comparés à leurs témoins
non obèses. A cet âge, l’activité de la synthétase des acides gras, l’une des enzy-
clef de la lipogenèse, est augmentée de 90 % dans le tissu des pré-obèses.
de la lipogenèse in vivo fait également apparaître un accroissement très
de
significatif la synthèse d’acides gras dans le tissu des fa/fa. Cependant, un calcul utilisant le facteur de 13,3 atomes de 3
H incorporés par molécule d’acide gras
synthétisé (Windmueller et Spaeth, 1966) montre que l’augmentation de la lipogenèse chez les pré-obèses peut seulement rendre compte du dépôt de 1 à 2 mg de
lipides par jour par g de tissu frais alors que celui-ci dépasse 10 mg par jour.
A l’âge de 2 jours (tabl. 1), il n’existe pas de différence d’activité de la
synthétase des acides gras entre les deux génotypes tandis que l’accumulation de
triglycérides dans le tissu brun est déjà très significativement augmentée chez les
mes
La
mesure
futurs obèses.
Parmi les autres mécanismes susceptibles de rendre compte de cet enrichissement en lipides du tissu brun, une diminution des oxydations dans le tissu doit
être envisagée.
2 présente quelques aspects de l’activité mitochondriale du tissu
brun des rats Zucker. A 10 jours comme à 2 jours la quantité de protéines
mitochondriales est la même dans les deux génotypes. Un doublement des protéines mitochondriales dans le tissu se produit entre 2 et 10 jours chez les fa/fa
comme chez les Fa/fa. L’activité de la cytochrome c oxydase (marqueur de l’activité mitochondriale) reste identique dans les deux génotypes. La mesure de la liaison spécifique du GDP aux mitochondries montre que dès l’âge de 2 jours une
diminution de 30 % de la liaison existe chez les pré-obèses comparés aux
témoins. Cette différence s’accroît avec l’âge ; en effet, alors qu’à 10 jours chez
les pré-obèses la capacité de liaison du GDP reste inchangée elle augmente de
40 % chez les témoins. Une analyse de Scatchard montre qu’il n’y a pas de modification de l’affinité (Kd
0,9 ± 0,10M et 1,10 ± 0,11 !M respectivement
pour les témoins et les obèses) tandis que le nombre de sites de liaison chute de
270 pmoles/mg protéines chez les témoins à 150 pmoles chez les fa/fa.
La
figure
adipeux
=
Discussion.
Ces résultats montrent que dès l’âge de 10 jours, chez le rat pré-obèse il
existe dans le tissu adipeux brun une importante activité lipogénétique. Ils confirment que l’augmentation de la capacité de lipogenèse déjà observée dans le tissu
adipeux blanc au même âge (Bazin et Lavau, 1982) est une expression précoce du
génotype fa/fa, qui survient avant l’apparition de l’hyperphagie et de l’hyperinsulinémie. Cependant, ce mécanisme ne peut à lui seul rendre compte de l’importance des dépôts lipidiques observés dans le tissu adipeux brun. L’action de la
lipoprotéine lipase, autre mécanisme susceptible de jouer un rôle dans l’augmentation du stockage des lipides peut être exclue dans le tissu brun puisque Boulangé et al. (1981) ont montré que l’activité de cette enzyme dans le tissu brun du
rat de 2 semaines est plus faible chez le fa/fa que chez le Fa/fa. Ainsi, une diminution des mécanismes d’oxydation dans le tissu adipeux brun peut être envisagée pour expliquer l’altération observée dans la composition du tissu.
Ce travail montre que chez le jeune rat Zucker pré-obèse une réduction de la
capacité de liaison du GDP aux mitochondries existe chez le jeune fa/fa dès l’âge
de 2 jours. La liaison du GDP mesure l’importance de la voie de « proton conductance » spécifique des mitochondries du tissu brun et responsable de la production de chaleur dans ce tissu (Nicholls, 1976). Ainsi, la capacité de thermogenèse
dans le tissu brun du fa/fa est très précocement diminuée. Ces résultats montrent
que l’altération de la capacité de thermogenèse qui existe chez le jeune rat obèse
de 6 semaines (Holt et York, 1982) est déjà présente chez le très jeune rat et pourrait jouer un rôle dans l’installation de l’obésité comme cela a déjà été suggéré
dans les obésités génétiques de la souris ob/ob et db/db (Goodbody et Trayhurn,
1982, 19811. En effet, chez le très jeune animal, le tissu brun bien développé dès
la naissance doit jouer un rôle important dans la production de chaleur et le maintien de la température interne. Planche et al. (1983) ont montré qu’il existe chez le
rat Zucker pré-obèse un abaissement de la température interne, et un déficit de la
dépense énergétique dès la première semaine de la vie. Une diminution de la production de chaleur dans le tissu adipeux brun du jeune fa/fa pourrait expliquer les
altérations de la thermogenèse mises en évidence par ces auteurs au niveau de
l’animal entier.
Cependant, notre travail ne permet pas d’attribuer au défaut très précoce de
la capacité de thermogenèse un rôle primaire dans l’installation de l’obésité du rat
Zucker. En effet, nous avons vu que dès l’âge de 2 jours, le tissu adipeux du préobèse est déjà plus riche en triglycérides. Un surdéveloppement très précoce des
dépôts adipeux pourrait alors constituer une « couverture thermique» chez le
jeune raton diminuant ainsi les besoins thermogéniques.
10e Réunion du groupe
Déve%ppement /. N. R. A.,
Rennes, 9-10 mai 1984.
Références
BAZIN R., LAVAU M., 1982. Development of hepatic and adipose tissue lipogenic enzymes and
insulinemia during suckling and weaning on to a high-fat diet in Zucker rats. J. Lipid Res., 23,
839-849.
BOULANGÉ A., PLANCHE E., DE GASQUET P., 1981. Onset and development of hypertriglyceridemia in the Zucker rat fa/fa. Metab. clin. Exp., 30, 1045-1052.
DESAUTELS M., ZAROR-BEHRENS G., HIMMS-HAGEN J., 1978. Increased purine nucleotide
binding, altered polypeptide composition, and thermogenesis in brown adipose tissue
mitochondria of cold acclimated rats. Can. J. Biochem., 56, 378-383.
DILETTUSO B. A., WANGSNESS P. J., 1977. Effect of age on hyperphagia in the genetically
obese Zucker rat. Proc. Soc. exp. SioL Med., 154, 1-5.
GOODBODY A. E., TRAYHURN P., 1981. GDP binding to brown adipose tissue mitochondria of
diabetic-obese (db/db) mice. Biochem. J., 194, 1019-1022.
GOODBODY A. E., TRAYHURN P., 1982. Studies on the activity of brown adipose tissue in
suckling pre-obese ob/ob mice. Biochim. biophys. Acta, 680, 119-126.
HALESTRAP A. P., DENTON R. M., 1973. Insulin and the regulation of adipose tissue acetyl CoA
carboxylase. Biochem. J., 132, 509-513.
HIMMS-HAGEN J., DESAUTELS M., 1978. A mitochondrial defect in brown adipose tissue of the
(ob/ob) mouse : reduced binding of purine nucleotides and failure to respond to cold by an
increase in binding. Biochem. biophys. Res. Commun., 83, 628-634.
HOLT S., YORK D. A., 1982. The effect of adrenalectomy on GDP binding to brown adipose tissue
mitochondria of obese rats. Biochem. J., 208, 819-822.
LAVAU M., BAZIN R., KARAOGHLANIAN Z., GUICHARD C., 1982. Evidence for a high fatty
acid synthesis activity in interscapular brown adipose tissue of genetically obese Zucker rats.
Biochem. J., 204, 503-507.
LOWRY 0. H., ROSEBROUGH N. J., FARR A. L., RANDALL R. J., 1951. Protein measurement
with the Folin phenol reagent. J. biol Chem., 193, 265-275.
NICHOLLS D. G., 1976. Hamster brown adipose tissue mitochondria. Purine nucleotide control of
the ion conductance of the inner membrane, the nature of the nucleotide binding site. Eur. J.
Biochem., 62, 223-228.
NICHOLLS D. G., 1979. Brown adipose tissue mitochondria. Biochim. biophys. Acta, 549, 1-30.
PLANCHE E., JOLIFF M., DE GASQUET P., LE LIEPVRE X., 1983. Evidence of a defect in energy
expenditure in 7-day-old Zucker rat (fa/fa). Am. J. Physiol., 245, E 107-E 113.
RICQUIER D., KADER J. C., 1976. Mitochondrial protein alteration in active brown fat : a sodium
dodecyl-sulfate-polyacrylamide gel electrophoretic study. Biochem. biophys. Res. Commun.,
73, 577-583.
SCHNAITMAN C. V., ERWIN G., GREENAWALT J. W., 1967. The submitochondrial localization
of monoamine oxydase. J. Cell Siol., 32, 719-735.
SLINDE E., PEDERSEN J. L, FLATMARK T., 1975. Sedimentation coefficient and buoyant density
of brown adipose tissue mitochondria of guinea pigs. Anal. Biochem., 65, 581-585.
STERN J. S., JOHNSON P. R., 1977. Spontaneous activity and adipose cellularity in the genetically obese Zucker rat (fa/fa). Metabolism, 26, 371-380.
WINDMUELLER H. G., SPAETH A. E., 1966. Perfusion in situ with tritium oxide to measure
hepatic lipogenesis and lipid secretion. Normal and orotic acid fed rats. J. biol. Chem., 241,
2891-2899.
ZUCKER L. M., ANTONIADES H. N., 1972. Insulin and obesity in the Zucker genetically obese
rat « Fatty ». Endocrino%gy 90, 1320-1330.